高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法

印險(xiǎn)峰　李建峰

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁電解電容的生產(chǎn)及應(yīng)用日趨成熟，市場(chǎng)需求旺盛。鋁電解電容在傳統(tǒng)消費(fèi)電子領(lǐng)域穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域隨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與技術(shù)進(jìn)步，在新能源、醫(yī)療、汽車電子、軍工等諸多新興領(lǐng)域得以拓展，由于它是鋁材料制成，而鋁的精度難以控制且溫度穩(wěn)定性不高，對(duì)此在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)加大對(duì)此生產(chǎn)方法的控制，在鋁電解電容器的發(fā)展過(guò)程中，技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新，高水系引線式鋁電解電容器進(jìn)入了人們的視線，但是存在一些技術(shù)局限，對(duì)此本文將針對(duì)此進(jìn)行闡述，從鋁電解電容器的有關(guān)闡述入手，分析鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及高水系引線式鋁電解電容的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)分析高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法，進(jìn)行特殊控制，主要從嚴(yán)選材料、使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)、采用自動(dòng)浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬、裝配過(guò)程采用拉引線裝置等方面細(xì)致分析，以此促進(jìn)高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法的不斷創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞 高水系引線式鋁電解電容器;生產(chǎn)控制方法;技術(shù)優(yōu)勢(shì)

中圖分類號(hào)： TM53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.009

0 引言

高水系引線式鋁電解電容器添加了多種有機(jī)高分子聚合物，降低陽(yáng)極箔上負(fù)離子表面活性，改善了電解液的高溫穩(wěn)定性，提高電容器上限溫度，形成高頻寬溫低阻抗工作電解液，耐受性強(qiáng)。但是由于電解液含有很高的水分，生產(chǎn)過(guò)程如果不進(jìn)行嚴(yán)格控制，很容易引起水合、無(wú)容量等現(xiàn)象，從而使電容器短期失效。下面，根據(jù)我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)來(lái)跟大家一起探討需要特殊控制的幾個(gè)方面。

1 鋁電解電容器的有關(guān)闡述

1.1 鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

鋁電解電容器單位體積電容量大，工作電壓越低的特點(diǎn)愈加突出，因此，特別適應(yīng)電容器的小型化和大容量化。鋁電解電容器在工作過(guò)程中具有“自愈”特性，對(duì)于介質(zhì)氧化膜的疵點(diǎn)或缺陷在電容器工作過(guò)程中可以進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其絕緣能力，避免招致電介質(zhì)擊穿。鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜能夠承受非常高的電場(chǎng)強(qiáng)度。鋁電解電容器能夠非常方便，獲得數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)微法的靜電容量。而且生產(chǎn)方便，設(shè)備普通，可以大規(guī)模批量化生產(chǎn)，價(jià)格便宜。

1.2 高水系引線式鋁電解電容器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高水系引線式鋁電解電容器與傳統(tǒng)的乙二醇溶劑電容器而言，具有溫度穩(wěn)定性高、耐紋波能力強(qiáng)、濾波效果好等優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)的乙二醇溶劑電解液中通過(guò)增加水的含量實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率，現(xiàn)使用一種含水量達(dá)65%，電導(dǎo)率可達(dá)55～65X10-3s/cm的電解液生產(chǎn)超低阻抗電容器，這種電解液同時(shí)添加了多種有機(jī)高分子聚合物形成復(fù)合添加劑，降低陽(yáng)極箔上負(fù)離子表面活性，改善了工作電解液的高溫穩(wěn)定性，使電容器上限工作溫度擴(kuò)展到 105℃，形成高頻寬溫低阻抗工作電解液，產(chǎn)品具有高紋波電流耐受性能，抗電磁干擾能力強(qiáng)，高質(zhì)量的開關(guān)電源，高保真音響等為了提高濾波效果，都會(huì)使用低阻抗電容器。

2 高水系產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

高水系產(chǎn)品成本低，但是使用效果好、壽命長(zhǎng)，用途廣泛，而且它的使用效果檢查簡(jiǎn)單方便，主要是采取高溫儲(chǔ)存壽命測(cè)試方法，在控制不加壓的情況下，將測(cè)試樣品在上限溫度條件下放置規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，然后測(cè)試漏電流、容量、損耗這些關(guān)鍵參數(shù)，要求這些關(guān)鍵參數(shù)必須保持在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并觀察電容器底部是否有鼓起，檢驗(yàn)了電容器的化學(xué)穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，確保客戶使用無(wú)后患。高水系引線式鋁電解電容器檢驗(yàn)水平的提高，更好地發(fā)揮了高水系產(chǎn)品的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 特殊控制

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)，分析需要特殊控制的幾個(gè)方面，嚴(yán)選材料、使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)、采用自動(dòng)浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬、裝配過(guò)程采用拉引線裝置，下文將針對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

3.1 嚴(yán)選材料

嚴(yán)選材料，選用耐水合性能比較好的化成箔，這種低壓化成箔經(jīng)過(guò)特殊處理，相當(dāng)于有一層防水保護(hù)膜。使用前通過(guò)水煮的方法來(lái)考核它的耐水合性優(yōu)劣，從待用鋁箔中取樣，用純水洗干凈，放入95℃以上的純水中，水浴60±1min，再進(jìn)行氧化膜耐電壓及升壓時(shí)間測(cè)定，從中挑選出耐壓以及升壓時(shí)間符合要求的鋁箔，升壓時(shí)間越短說(shuō)明化成箔耐水合能力越強(qiáng)。同時(shí)采用純度高且化成的引出線，表面形成AL2O3，減小鉚接后的接觸電阻。

鋁箔因其優(yōu)良的延展性，傳導(dǎo)性，被廣泛應(yīng)用于日常生活以及工業(yè)制造。高純鋁是制造鋁電解電容器的主要材料，對(duì)高純鋁箔進(jìn)行擴(kuò)面處理，腐蝕發(fā)孔擴(kuò)面，腐蝕液有純酸以及混合酸體系，它們的濃度和配比等因素會(huì)使鋁箔形成不同的腐蝕孔，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，鹽酸中加入中等溶解能力的氧化性酸，能獲得高立方組構(gòu)鋁箔隧道腐蝕所需要的初始蝕坑，比表面積更大。然后用腐蝕箔作陽(yáng)極，利用電化學(xué)原理，通過(guò)電解作用在鋁箔表面氧化形成氧化膜介質(zhì)層，這就做成了化成箔，化成箔氧化膜的質(zhì)量關(guān)系到電容器性能的優(yōu)劣。熱處理溫度以及不同的形成液直接影響化成箔耐水合性，高水系電解液由于含有大量水，能與化成箔氧化膜作用，破壞氧化膜的絕緣層結(jié)構(gòu)，劣化化成箔的各項(xiàng)性能，因此要嚴(yán)選材料。

3.2 使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)

使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)。傳統(tǒng)鉚接機(jī)將已經(jīng)裁切成一定寬度的鋁箔與導(dǎo)針通過(guò)鉚接針一次性刺穿導(dǎo)針舌片和電極箔，然后移至打?qū)嵦幖訅捍蚱剑@種連接方法容易導(dǎo)致接觸不良。現(xiàn)開發(fā)出一種新型刺鉚機(jī)，在導(dǎo)針與電極箔送至鉚接模前，已在電極箔上預(yù)沖孔，如下圖，從下圖明顯的可以看到左圖使用沒(méi)有帶預(yù)刺功能的鉚接機(jī)，右圖為帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)。

使用帶有預(yù)刺功能的鉚接機(jī)，引線舌片花瓣緊貼電極箔，兩者接觸面積大，貼合嚴(yán)實(shí)，接觸電阻能下降40%以上，如下表數(shù)據(jù)，有效降低產(chǎn)品阻抗，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

最重要的是增加預(yù)刺后由于預(yù)先刺孔，所以有效減少鋁箔屑，使得鋁箔的平整度大大提高，鉚接處非常平整，有效減輕鉚接點(diǎn)處鋁箔裂紋，降低了水分的滲透，如果含有大量水分的電解液滲透到裂紋處，水與鋁直接接觸發(fā)生反應(yīng)，在鉚接點(diǎn)生成AL2O3，使鋁箔與導(dǎo)針不能有效連接，造成容量時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象，產(chǎn)品功能喪失，無(wú)法使用。

3.3 采用自動(dòng)浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬

高水系產(chǎn)品采用低密度高吸水性電解紙滿足電解電容器對(duì)低阻抗的要求，目前主要有日本NKK公司的MR5D、STZ系列，以及國(guó)內(nèi)凱恩大力開發(fā)的低阻抗SM系列電解紙。下文將針對(duì)傳統(tǒng)手工浸漬以及自動(dòng)含浸，分別進(jìn)行闡述，采用自動(dòng)浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬的意義何在。

首先手工浸漬用時(shí)長(zhǎng)。不同電解液由于成分不同，黏性不一樣，芯包浸漬時(shí)間也有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)手工浸漬時(shí)間在40分鐘～8小時(shí)之間，高水系電解液產(chǎn)品因?yàn)楹指撸菀捉福m然在手工浸漬中時(shí)間是最短的，40分鐘左右，但與連接在裝配機(jī)上的自動(dòng)含浸只有20秒左右的時(shí)間相比，不可同日而語(yǔ)，低密度紙滲透性好，吸水性強(qiáng)，時(shí)間稍長(zhǎng)很容易造成電解紙溶解起毛，影響產(chǎn)品質(zhì)量。其次，手工浸漬手續(xù)煩瑣，必須先把芯包從塑料存儲(chǔ)箱轉(zhuǎn)移到含浸鍋，對(duì)含浸鍋加溫，手工抽取電解液，并且浸漬后需要取出放入離心機(jī)脫液甩干，芯包不但經(jīng)過(guò)了多次變換存儲(chǔ)地點(diǎn)，而且甩干過(guò)程造成芯包之間以及導(dǎo)針與芯包互相碰撞，造成芯包隱性損傷，必然影響產(chǎn)品質(zhì)量。

因此，自動(dòng)含浸是非常好的替代方法，采用自動(dòng)浸漬代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工浸漬，烘干后的芯包依次排在夾具上直接翻轉(zhuǎn)入含浸缸，沒(méi)有碰撞，浸漬電解液后通過(guò)導(dǎo)軌直接裝配，每分鐘的產(chǎn)能基本達(dá)到現(xiàn)有組立機(jī)的組立速度。由于速度很快且沒(méi)有碰撞，不會(huì)造成電解紙溶解起毛以及損傷，保證了裝配過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)含浸速度很快，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作，試驗(yàn)證明，含浸機(jī)含浸的電容能有效提升產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品的投入產(chǎn)出率。在市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品高質(zhì)量多樣化的需求下，自動(dòng)含浸機(jī)將取代部分含浸缸含浸的生產(chǎn)線，并且經(jīng)過(guò)不斷改善，市場(chǎng)已開發(fā)出高壓含浸機(jī)，如YF-1836L/S.

3.4 裝配過(guò)程采用拉引線裝置

浸漬好電解液的芯包與鋁殼及密封材料組裝起來(lái)的過(guò)程稱為裝配工序。為了減少芯包裝配過(guò)程中所受的損傷，要使用有拉引線腳的裝配機(jī)。傳統(tǒng)的裝配方法是將芯包從底部完全頂壓使芯包引線加強(qiáng)筋完全進(jìn)入橡皮塞孔內(nèi)，這種裝配方法的缺陷就是由于芯包底部受力過(guò)大，芯包內(nèi)部電解紙和箔片受到擠壓，容易造成芯包短路，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不穩(wěn)定因素，高水系產(chǎn)品由于使用低密度高吸水性電解紙，芯包受頂壓耐受力弱，容易把電解紙頂變形，因此單靠頂壓方式裝配芯包已不能滿足要求。

隨著電容器生產(chǎn)設(shè)備的創(chuàng)新開發(fā)，設(shè)計(jì)出一種有拉引線腳裝置的裝配機(jī)。它增加從頂部靠拉力將引線加強(qiáng)筋拉入皮塞孔內(nèi)的機(jī)構(gòu)，減少芯包裝配過(guò)程中所受的損傷，裝配方法是將芯包從引線處拉動(dòng)使引線加強(qiáng)筋完全進(jìn)入橡皮塞孔內(nèi)，這種裝配方法將大大降低芯包底部受力，減少芯包內(nèi)部電解紙和箔片擠壓力，這樣避免了因芯包受大阻力擠壓而受傷的情況。如下對(duì)比圖2。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁電解電容的生產(chǎn)及應(yīng)用日趨成熟，市場(chǎng)需求旺盛。由于其介質(zhì)是在鋁箔上形成的氧化鋁，而鋁的精度難以控制且溫度穩(wěn)定性不高，因此需要在電解液中進(jìn)行攻關(guān)，生產(chǎn)適應(yīng)瞬息萬(wàn)變市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。高水系引線式鋁電解電容器由于其特有的超低阻抗，使得產(chǎn)品耐紋波能力更強(qiáng)，抗電磁干擾能力更強(qiáng)，同時(shí)由于電解液含有多種有機(jī)高分子聚合物的復(fù)合添加劑，有效降低陽(yáng)極箔上負(fù)離子活性，改善了高溫穩(wěn)定性，而且由于價(jià)格便宜，非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。但是由于電解液含水比例高，生產(chǎn)過(guò)程不易進(jìn)行控制，對(duì)此有必要對(duì)高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法進(jìn)行探討，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的總結(jié)，提出高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)控制方法，以促進(jìn)高水系引線式鋁電解電容器的生產(chǎn)應(yīng)用水平的提高。

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